1、12 染色体畸变的遗传分析,1 重复、缺失、倒位、易位的类型及其细胞学和遗传学效应； 2 单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体的概念、特点及其在育种上的应用； 3 染色体畸变与人类疾病的关系； 4 染色体变异在进化中的作用。,主要内容：,12.1 染色体结构变异及其遗传学效应,12.1.1果蝇唾腺染色体的特性,唾液腺染色体(Polytene chromosome) ：存在于双翅目昆虫幼虫消化道细胞的有丝分裂间期核内一种巨大的染色体。唾液腺染色体的特征：(1)巨大性、伸展性: 210-215染色质线平行排列；比中期染色体长100-200倍。,(2)体细胞联会(Somatic synapsis)：体细
2、胞中同源染色体配对。 (3)具横纹结构: 区(102，X-2L-2R-3L-3R-4); 段(6，A-F);横纹。eg.小眼不齐基因3C7； (4)出现泡状(puff)结构: 核蛋白解离，环散开，DNA活跃转录区，eg. 摇蚊幼虫分泌丝状蛋白。,12.1.2 染色体结构变异,四大类型:缺失、重复、倒位和易位,引起变异的因素： 自然因素：营养、温度、生理等； 人工因素：物理因素、化学药剂等的处理。,12.1.3 缺失(deletion, deficiency),1 概念：染色体丢失一段，其上的基因也随之丢失的现象。,3 缺失的联会与鉴定,（1）最初细胞质存在无着丝点的断片；,（2）缺失杂合体联会
3、形成环状突起，易与重复混淆，需参照染色体的长度；,（3）顶端缺失较长时，可在双线期检查缺失杂合体交叉尚未完全端化的二价体，非姐妹染色单体的未端一长一短。,4 遗传学效应,（1）缺失对个体的生长和发育不利,缺失纯合体很难存活； 缺失杂合体的生活力很低； 含缺失染色体的配子一般败育； 缺失染色体主要是通过雌配子传递。,患儿的哭声似猫叫。5号染色体短臂缺失（5P-）所致，又称5P- 综合征，发病率约为1/5万，女性多于男性，并有生长和智能发育不全。,（2） 缺失导致假显性（pseudodominance）,由于显性等位基因的缺失导致隐性基因的效应表现。,12.1.4 重复 (duplication,
4、 repeat),1 概念：Chr上多了某一片段。,2 类型,3 重复染色体的联会和鉴定,(1) 扰乱基因的固有平衡体系,4 重复的遗传学效应,如果蝇眼色遗传：红色（V+）对朱红色（V）为显性。 V+V 红色，但V+VV 朱红色。 说明:2个隐性基因的作用大于1个显性等位基因，改变了原来一个显性基因与一个隐性基因的关系.,（2）基因的剂量效应,细胞内某基因出现次数越多，表现型效应越显著。,360,68,/,BB/+,800,45,25,12.1.5 倒位(inversion),2 类型：,1 概念： Chr上某一片段颠倒180o,臂间倒位,臂内倒位,3 倒位的联会及鉴定：,（1） 很长倒位区段
5、,倒位区反转过来与正常染色体的同源区段 进行联会，倒位区段以外的部分只有保持分离。,（2）较短倒位区段,倒位圈由一对染色体形成（而缺失或重复杂合体的环由单个染色体形成）。,倒位圈,2与4染色单体交换,无着丝粒片段,双着丝粒Chr,2与4染色单体交换,1 2 3 4,2与4染色单体双交换,(2)位置效应: 基因在染色体上的位置变异，造成在表型上产生变异。,3 倒位的遗传效应,(1)倒位杂合体的部分不育： 含交换染色单体的孢子大多数是不育的。,(3) 交换抑制（crossoverrepressor）：臂内或臂间倒位杂合体，倒位环内染色单体间发生单交换，交换的产物带有缺失或重复，不能形成有功能的配子
6、，无重组类型，似乎交换被抑制了。,交换抑制效应的应用,隐性基因以纯合状态保存，但隐性致死基因不能以纯合体保存。,解决办法：利用另一个致死基因（两基因距离很近，或染色体的倒位）在杂合状态下保存。,eg1.果蝇第3染色体分别具有两个致死基因: 一条： 有展翅基因D，纯合致死。 另一条： 有粘胶眼基因Gl,纯合致死 。,平衡致死系统，必须满足的条件：一对同源染色体的两个成员各带有一个座位不同的隐性致死基因。,平衡致死品系（balanced lethal system）:永远以杂合状态保存不发生分离的品系。,eg2.果蝇第染色体分别具有两个致死基因: 一条： 有显性翘翅基因Cy，纯合致死，左右臂L、R
7、上都有两个大的倒位。 另一条： 有星状眼基因S（star），纯合致死 。,(4) 倒位可以形成新种，促进生物进化：倒位会改变基因间相邻关系 遗传性状变异 种与种之间的差异常由多次倒位所形成。,果蝇（n=4）：不同倒位特点的种，分布在不同地理区域；,百合（n=12）：两个种（头巾百合、竹叶百合）间的分化是由M1、M2、S1、S2、S3、S4等6个相同染色体发生臂内倒位形成的（两个种其它染色体仍相同）。,12.1.6 易位(translocation),1 概念：一个染色体上的一段连接到另一条染色体上(非同源染色体间)。,2 类型 相互易位； 单向易位； 整臂易位； Robertson式易位。,相
8、互易位(reciprocal translocation):两条非同源染色体相互交换由断裂形成的片段。相互易位的片段可以等长也可以不等长。这类易位不会造成遗传物质的损失。,单向易位(simple translocation)：某一染色体的一个臂端区段接在非同源染色体的一个臂端上。,整臂易位（whole arm translocation）：非同源染色体之间整个臂的转移或交换。,罗伯逊式易位（Robertson translocation ）：也称着丝粒融合（centric fusion）近端部着丝点染色体在着丝粒处断裂的整臂易位。,3 易位的细胞学和遗传学效应,(1)易位纯合体没有什么特殊表现
9、。 正常联会 表现正常。 (2)单向易位杂合体： 联会成“T”形。,1）相互易位导致半不孕性,(3)相互易位杂合体：偶线期、粗线期两对非同源染色体同源区段联会成“+”字形,后期分离。,终变期联会就会因交叉端化而变为由4个染色体构成的 “四体链”或“四体环”。,”,中期 终变期的环可能变为环形或“8”字形。,后期 染色体表现出不同的分离方式：,adjacent segregation,alternate segregation),全部致死,可育,2）假连锁(Pseudolinkage)易位使非同源染色体上的基因间的自由组合受到严重限制 ，表现出类似于基因之间连锁的表型效应。实质为易位后形成的不平
10、衡配子致死造成的。,如玉米：T5-9a是第5染色体长臂的外侧一小段染色体和第9染色体短臂包括Wx在内的一大段染色体的易位。,在第9染色体中：,3) 降低邻近易位接合点基因间重组率,4) 易位可以改变基因连锁群,基因：连锁遗传独立遗传。 植物在进化过程中不断发生易位可以形成许多变种。 例如：直果曼陀罗（n=12） 许多变系就是不同染色体 的易位纯合体。,5) 造成染色体融合而改变染色体数,在两个易位染色体中，其中产生一个很小的染色体,形成配子时未被包在配子核内而丢失,后代中可能出现缺少一对染色体的易位纯合体。,植物还阳参属，出现 n=3、4、5、6、7、8等染色体数目不同的种。,经着丝点蛋白结合
11、荧光显色,9号染色体着丝点附着于第11号染色体上,易位融合造成染色体数目减少,4-chr,6) 花斑位置效应,12.2 染色体数目变异,12.2.1 染色体倍性,1 染色体组(chromosome set):二倍体生物中一个正常配子中所包含的全部染色体。 2 染色体基数（X）： 一个染色体组中所包含的染色体数目。 3 染色体倍性（Ploidy）:细胞中染色体组的数目。一般，配子中的染色体数目用n表示，体细胞中染色体数目用2n表示。,4 一倍体（monoplood）： 只含有一个染色体组的个体或细胞。如蜜蜂的雄蜂 x = 16。 5 二倍体（diploid）： 含有二个染色体组的个体或细胞。2n
12、=2X 6 多倍体（polyploid）：细胞或个体中的染色体组数多于二个。eg,三倍体（ triploid）:2n=3X,四倍体（ tetraploid）:2n=4X。,7 单倍体（haploid)：含有配子染色体数目的细胞或个体。对diploid：n=X， tetraploid：n=2x. 8 整倍体（Euploid）：具有物种特定的一套或几套整倍数染色体组的细胞或个体，如一倍体、二倍体、多倍体。 9 非整倍体 （Uneuploid）：在二倍体的基础上，增加或减少个别染色体的细胞或个体。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1 。,12.2.2 整倍体及其遗传特征,
13、1)单倍体的产生 无融合生殖(单倍体孤雌或单雄生殖）；花粉培养、子房培养等。,2）单倍体的遗传表现体型小、生活力弱；高度不育。 3）单倍体的应用 获得纯合二倍体(双单倍体，amphihaploid)。 研究基因突变。,2）多倍体, 同源多倍体 概念：具有3个以上相同染色体组的细胞或个体。如曼陀罗4x=48 香焦3x=33 黄花菜3x=33 。 产生：a 体细胞有丝分裂：染色体复制而细胞不分裂。b 异常减数分裂：2n+2n4n,2n+n3n等。c 机械损伤：如摘心、反复断顶等。d 人工诱导：秋水仙素处理种子或幼苗等。,遗传表现： 表型特征 巨大性（细胞核、茎、叶、花、种子等）。 b. 代谢活性增
14、强（大麦蛋白质1012%，玉米的类胡萝卜素40%，番茄Vc倍）剂量效应。 c.三倍体植物具有很强的生活力，但发育延迟，结实率低，如香蕉、无籽西瓜等。, 减数分裂,a 同源三倍体的联会与分离,.三价体; .二价加一。,同源三倍体高度 不育的原因：三 价体和单价体的 频率较高，产生 n，2n配子的机 会很小（1/2）n，交配更难。,例：无籽西瓜（X=11） 二倍体（2n=2X=22=11） 加倍 同源四倍体 二倍体 （2n=4X=44=11） 同源三倍体西瓜 （无籽） 2n=3X=33=11 ,b 同源四倍体联会和分离： 联会：、+、+ 和+。,分离： 2/2或3/1； 2/2或3/1或2/1；
15、2/2； 2/2或3/1或2/1或1/1。,浙 江 大 学,异源多倍体(allopolyploid) 概念：加倍的染色体来源于不同的物种 。 产生：先杂交再加倍。eg：普通小麦2n=6X=42。AABBDD eg：萝卜甘蓝2n= 4X =36（异源四倍体（双二倍体） 部分异源多倍体：不同染色体组间存在部分同源，发生异源联会(allosydesis) 。,hexaploid wheat 2n=6X = 42,异源六倍体小麦的可能起源途径,萝卜甘蓝（Raphanobrassica）：其中萝卜和甘蓝的染色体各有两套，2n=36，染色体能正常配对，因而是可育的。,12.2.3 非整倍体 产生：减数分裂
16、时某一对同源染色体不分离或提前分离形成n-1或n+1的配子。 双体(disomy) ：正常的2n个体 单体(monosomy )：2n-1 缺体(nullisomy)： 2n-2 双单体(dimonosomy)：2n-1-1 三体(trisomy)： 2n+1 双三体(ditrisomy)：(2n+1+1) 四体(tetrasomy)： 2n+2,12.3 染色体畸变在基因定位中的应用,12.3.1 利用假显性原理进行基因定位,eg. 黑腹果蝇X染色体上fa基因(小眼不齐)定位在3C7位置待测定的X染色体某隐性基因的突变体与已知的缺失类型杂交, 在后代雌蝇杂合体中,观察是否出现假显性现象。,1
17、2.3.2 利用单体进行基因定位,12.3.3 利用缺体进行基因定位,将小麦的某一隐性突变体与21种缺体品系分别杂交,F1杂种中,突变性状以单体形式出现,则该隐性突变基因在缺体中缺少的那条染色体上。,12.4 染色体畸变与人类疾病,12.4.1 染色体结构改变与人类疾病,eg:5p-造成猫叫综合症;t(9,22)(q34;q11)，导致9q34上的基因BCR与22q11上的基因ABL融合，形成BCR-ABL融合基因，造成慢性骨髓性白血病(CML)；t(8;14)(q24;q32),导致8q24上的癌基因 c-myc转移到14q32IgH的增强子邻近部位,增强了c-myc,使之大量表达造成Bur
18、kitt淋巴溜。,12.4.2 染色体数目改变与人类疾病,Downs Syndrome:先天愚型，21三体综合症。 Pautau Syndrome: 13三体综合症。 Edwards Syndrome: 18三体综合症。 Turners Syndrome:45, X。 Trisomy syndrome:47,XXX。 超Y综合症:47,XYY。 (Klinefelter Syndrome):47, XXY。,77%的21三体综合症是母系起源的，而且母亲的生育年龄与发病率有很重要的关系。,主要是随着年纪增大，染色体不分离的概率增加。由于女性在出生时所有卵细胞都经过第一次减数分裂而处于休止状态，直
19、到排卵。因此卵母细胞在高龄孕妇体内长期接受着内外环境因素的影响，而且自身不断衰老，因而导致染色体不分离现象的发生，这便是高龄母亲易生先天愚型患儿的原因。,Trisomy-13（Patau Syndrome）,帕韬氏综合症在新生儿中的发生率约为1/6000，个体特征为唇裂、腭裂、小眼、多指，严重智力障碍，在出生后三个月内死亡。,Trisomy-18（Edwards Syndrome）,爱德华氏综合症，2.5/10000,性比为4女：1男，体小，身体轻，有多种先天畸形，几乎影响身体的每一个器官，拳头紧握，头小而长，低的畸形耳，智力和发育受阻等，90%出生后半年内死亡。,脆性X染色体（Fragile X chromosome，Fra X)综合症,在人类中研究的最为详尽的是脆性X综合症，为X连锁遗传，在男性中约为1/2500，目前发现与智障有关。主要成因是CGG核苷片段重复数目的变化。,Xq27.3,
